據外媒報道，發表在《自然》上的一項新研究揭示了困擾天文學家數十年的木星“能源危機”的解決方案。萊斯特大學的太空科學家跟來自日本航天局(JAXA)、波士頓大學、NASA戈達德太空飛行中心和美國國家信息通信技術研究所(NICT)的同事們合作揭示了木星大氣加熱背後的機制。
現在，通過利用來自夏威夷凱克天文台的數據，天文學家繪製出了這顆氣態巨行星高層大氣的迄今為止最為詳細的全球地圖，其首次證實了木星強大的極光是為整個行星提供熱量的原因。
James O ‘Donoghue博士是JAXA的研究員，他在萊斯特大學完成了博士學位，他是該研究論文的主要作者。他說道：“在萊斯特大學，我們首先要開始嘗試繪製木星最高大氣層的全球熱圖。當時，這個信號還不夠亮，還不足以顯示木星極地以外的任何東西，但憑藉從那次工作中學到的經驗，幾年後，我們設法確保了在地球上最大、最具競爭力的望遠鏡之一上的時間。通過利用凱克望遠鏡，我們繪製了非常詳細的溫度圖。我們發現極光內部的溫度開始非常高，這是之前工作的預期，但現在我們可以觀察到，木星的極光儘管只佔行星面積不到10%但似乎正在加熱整個行星。”
這項研究始於萊斯特大學，隨後在波士頓大學和NASA進行並最後在日本的JAXA結束。來自各大洲的合作者結合NASA的朱諾號(Juno)航天器和JAXA的Hisaki航天器的數據共同努力從而使這項研究取得了成功。
Tom Stallard博士和Henrik Melin博士都是萊斯特大學物理與天文學院的成員。Stallard補充稱：“在我們的太陽系中，每一顆巨行星頂端的稀薄大氣層一直是一個長期存在的謎題。在過去的50年裡，通過對木星的每一次太空任務及地面觀測，由於赤道太熱了，所以我們一直都在測量那裡的溫度。這種‘能源危機’是一個長期存在的問題–是模型未能正確地模擬出極光的熱量流動還是赤道附近存在其他未知的熱源？這篇論文描述了我們如何以前所未有的細節繪製這一區域的地圖，並表明，在木星，赤道加熱跟極光加熱存在直接關聯。”
當帶電粒子被行星磁場捕獲時就會產生極光。這些螺旋沿着磁力線向行星的磁極旋轉、撞擊大氣中的原子和分子並釋放光和能量。
在地球上，這導致了形成北極光和南極光的典型光秀。在木星上，從其火山衛星木衛一噴出的物質導致了太陽系中最強烈的極光並在木星的極地地區產生了巨大的熱量。
儘管木星的極光長期以來一直是使木星大氣層升溫的主要原因，但之前的觀測結果直到現在都無法證實或否認這一點。
以往的高空大氣溫度圖是用只有幾個像素的圖像繪製的，這還不足以解釋地球上的溫度是如何變化的，同時也無法提供額外熱量起源的線索。
研究人員繪製了五幅不同空間分辨率的大氣溫度地圖，其中最高分辨率的地圖顯示了經度2度和緯度2度的平均溫度測量值。
該團隊對超10000個獨立的數據點進行搜索，他們只繪製了不確定性小於5%的點。
氣態巨行星的大氣模型表明，它們的工作原理就像一個巨大的冰箱，熱能從赤道向極地輸送並沉積在這些極地地區的低層大氣中。
這些新發現表明，快速變化的極光可能會推動能量波對抗這種向極地流動從而使熱量到達赤道。
觀測結果還顯示，在次極光區域有一個局部加熱區域，其可以被解釋為向赤道傳播的有限熱波，而這可以作為驅動熱傳遞過程的證據。
萊斯特大學的這項行星研究涵蓋了整個木星系統，從行星的磁層和大氣層再到到其各種各樣的衛星收集。
據悉，萊斯特的研究人員是“朱諾號”任務的成員，該任務由一個全球天文學家團隊組成，他們正在通過即將使用的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡對木星進行觀測。此外，萊斯特還在歐洲航天局(ESA)的木星冰衛星探測器(JUICE)的科學和儀器方面發揮着領導作用–該探測器將於2022年發射。